JPH0447946A - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はバブルジェット方式やオンデマンド方式などの
インクジェットプリンタヘッドに関するものである。

従来の技術 近年、インクジェットプリンタヘッドの一つとして、オ
リフィス後方の圧力室内に充填したインクの一部を瞬間
的に加熱して蒸発させ、形成される気泡の体積変化によ
る圧力でインク滴をオリフィスから噴射するバブルジェ
ット方式のものが開発された。これは、サーマルヘッド
に関する既存の技術を応用することができるため、簡易
に高性能なインクジェットプリンタヘッドを得られる方
式として期待されている。

このようなバブルジェット方式のインクジェットプリン
タヘッドとしては、特公昭６３−５９９１１号公報や特
公昭６３−５９９１４号公報などに開示されている装置
が存する。このインクジェットプリンタヘッド１は、第
７図及び第８図に例示するように、下面に長溝が連設さ
れた溝蓋２が平坦な基板３上に固定されてオリフィス４
がアレイ状に形成され、このアレイ方向に長溝が形成さ
れた供給室蓋５が前記溝蓋２の後部に取付けられて前記
各オリフィス４に連通した供給室６が形成されている。

ここで、この供給室６にはインク槽（図示せず）に連結
される補給管７が取付けられており、前記基板３の上面
には各オリフィス４毎に発熱抵抗体８が共通電極９と個
別電極１０とを介して形成されている。なお、これらの
部材８〜１０は既存のサーマルヘッドと略同様な構造に
形成されている。

このような構成において、このインクジェットプリンタ
ヘッド１では、インク槽から補給管７を経て供給された
インク１１が供給室６を介して各オリフィス４内に充填
される。そこで、各電極９゜１ｏから供給される電力で
発熱抵抗体８が選択的に発熱駆動されることで所定のオ
リフィス４内のインク１１に気泡が生じてインク滴（共
に図示せず）が噴射される。なお、このような気泡の発
生及び消失はμｓ程度の微小時間で行なわれ、この微小
時間内でインク１１の圧力が急激に上下することでオリ
フィス４先端から吐出されたインク１１がインク滴とな
って飛翔する。

だが、上述のインクジェットプリンタヘッド１では、オ
リフィス４の形状が直管状なのでインク１１の圧力変化
は前後方向に作用する二とになって圧力効率が低い。

そこで、このような課題を解決したものとしては特公昭
６３−６３５６号公報と特公昭６３−６３５７号公報及
び特公昭６３−６３５８号公報に開示されている装置が
存する。例えば、特公昭６３−６３５６号公報に開示さ
れたインクジェットプリンタヘッド１２では、第９図及
び第１０図に例示するように、後面に長溝が連設された
流路部材１３を溝蓋２の前面に取付けることで発熱抵抗
体８の部分で略直角に曲折したインク供給路である流路
１４を形成し、二〇流路１４毎にオリフィス１５が形成
されたオリフィス板１６が前記流路部材１３の上面に取
付けられている。

このような構成において、このインクジェットプリンタ
ヘッド１２は、流路１４を発熱抵抗体８の部分で略直角
に曲折した形状とすることで、気泡の発生消失時に発生
するインク１１の圧力変化がインク滴の噴射方向に良好
に作用するようにして圧力効率を向上させている。なお
、例示した図面ではインク滴は上方に噴射されることに
なる。

だが、それでもインク１１の圧力変化が供給室６内に伝
導されるため、この供給室６を介して連通された各オリ
フィス４間に相互干渉が発生しやすく、画像品質が低下
しがちである。

そこで、第１１図に例示するように、上記公報には流路
１４を形成する溝蓋２の長溝内に凸部１７を形成するこ
とで、発熱抵抗体８から供給室６に伝達される圧力変化
を低減するようにしたインクジェットプリンタヘッド１
８も開示されている。

だが、数１０（μｍ）程度に形成される流路１４内に上
述のような凸部１７を形成することは実際には困難であ
り、装置の生産性が極度に低下するなとして実用的でな
い。

そして、上述のように流路１４が曲折したインクジェッ
トプリンタヘッド１２．１８では、オリフィス１５の軸
心に対して圧力変化の作用方向や連続吐出時のりフィー
ル方向が非対称であるため、このオリフィス１５から吐
出されるインク滴の飛翔方向が曲がってしまう。

このような課題に対する対策としては、オリフィスに対
する圧力発生手段の相対的位置を変位させることか提案
されているが、この変位量の最適値は温度変化や経年変
化によるインクの粘性の変化などによって異なるもので
あり、正確な流体解析を実施することも困難なので実用
的でない。

さらに、特開昭５８−８６５９号公報に開示されている
インクジェットプリンタヘッド１９や特開昭５９−２０
７２６１号公報に開示されているインクジェットプリン
タヘッド２ｏでは、第１２図や第１３図に例示するよう
に、基板３上に形成された発熱抵抗体８を囲む形状の隔
壁２１の上にオリフィス板２２を取付け、−個のオリフ
ィス２３に対して複数のインク供給路である流路２４を
形成した装置が開示されている。例えば、インクジェッ
トプリンタヘッド１９の真中のオリフィス２３やインク
ジェットプリンタヘッド２０では、発熱抵抗体８やオリ
フィス２３に対して流路２４が対称に位置するので、イ
ンク滴の吐出方向の曲がりを解消することができる。だ
が、これらのインクジェットプリンタヘッド１９．２０
では、発熱抵抗体８と流路１４，２４とが同一平面上に
位置しているので、発熱抵抗体８の位置で発生する圧力
が流路１４゜２４から流出することになってオリフィス
２３に良好に伝達されない。このため、これらのインク
ジェットプリンタヘッド１９．２０では、装置の駆動効
率が低下して機器の省力化が阻害されている。

そこで、上述のようなインク滴の吐出方向の曲がりや圧
力の伝達効率の低下などの課題を解決したインクジェッ
トプリンタヘッドとしては、本出願人が特願平１−２９
４２４０号において提案した装置が存する。そこで、こ
のインクジェットプリンタヘッドを先行技術として第１
４図ないし第１９図に基づいて説明する。このインクジ
ェットプリンタヘッド２５の主要構造は、第１６図及び
第１７図に例示するように、基板２６と圧力室層２７と
供給路層２８及びオリフィス板２９が順次積層された構
造となっている。そして、第１４図に例示するように、
このオリフィス板２９にアレイ状に連続形成されたオリ
フィス３０と前記基板２６の表面に形成された圧力発生
手段である発熱抵抗体３１とが各々同軸上に位置してお
り、この発熱抵抗体３１を略中心とする矩形環状の隔壁
３２が形成された前記圧力室層２７により前記オリフィ
ス３０の細心に対して対称形の圧力室３３が形成され、
この圧力室３３と対向する部分が開口した前記供給路層
２８により前記オリフィス３０の軸心に対して全周方向
に開口したインク供給路３４が形成されている。なお、
このインクジェットプリンタヘッド２５では、前記圧力
室層２７の隔壁３２間にインク貯蔵室３５が形成されて
おり、このインク貯蔵室３５に連通したインク補給孔３
６が前記基板２６に形成されている。

つぎに、上述のような構造のインクジェットプリンタヘ
ッド２５の各部の構造を製造方法と共に以下に詳述する
。まず、第１８図に例示するように、前記基板２６は厚
さ０．１〜１．０（μｍ）程度の放熱性が良好なＳｉウ
ェハー等で形成されており、この表面に厚さ２．０（μ
ｍ）のＳｉｏ、やＡｌ、Ｏ，などからなる蓄熱層３７を
形成する。つぎに、この上に厚さ０．４（μｍ）のＴａ
ＡＱやＴ　ａ　Ｎをスパッタリングしてエツチングでパ
ターニングすることで前記発熱抵抗体３１となる厚さ０
．４（μｍ）の抵抗層３８を形成し、同様に厚さ０．５
（μｍ）のＡＱからなる共通電極３９と個別電極４０と
を各々形成する。そして、これらの上に厚さ０．３（μ
ｍ）程度のＳｉ、Ｎ、やＳｉｎ、からなる第一の保護膜
４１と厚さ０．２（μｍ）の耐キャビテーション性が良
好なＴａからなる第二の保護膜４２とを各々ＣＶＤ法や
スパッタリングで順次積層形成する。

なお、上述のようにして形成された発熱抵抗体３１の形
状は、例えば、６０　Ｘ　６０　（μｍ）の正方形にな
っている。また、以下の説明では、前記基板２６とは上
述の各部材３７〜４２が形成された状態のものを意味す
る。

そして、上述のようにして発熱抵抗体３１等が形成され
た基板２６上に前記圧力室層２７が形成されることにな
る。この圧力室層２７は、第１９図（ａ）、（ｂ）に例
示するように、前記基板２６上に塗布して半キユア（乾
燥）させた厚さ３０（μｍ）の感光性樹脂の一つである
感光性ポリイミド４３を光パターニングして前記隔壁３
２と外周部４４とを形成し、前記圧力室３３と前記イン
ク貯蔵室３５とを設ける。さらに、このインク貯蔵室３
５を介して前記基板２６にレーザ加工で前記インク補給
孔３６を形成する。例えば、上述のようにして形成され
た圧力室３３の形状としては前記発熱抵抗体３１を中心
とする７０Ｘ７０（μｍ）の正方形で、前記隔壁３２の
幅は３０（μｍ）になっている。

ここでは上述のようにして前記基板２６上に圧力室層２
７を形成したものを第一のプレート４５と称し、前記供
給路層２８と前記オリフィス板２９とで形成されて前記
第一のプレート４５に一体的に接合されるものを第二の
プレート４６と称するものとする。

そこで、この第二のプレート４６の構造を以下に説明す
る。まず、第１９図（ｃ）に例示するように、ＳＵＳ基
板等の治具基板４７上に所定パターンのマスク４８を取
付けてＮ１を厚さ４０（μｍ）に電鋳し、この電鋳した
Ｎ１がマスク４８の周囲に盛り上がることを利用して末
端部より先端部が細い最小径が５０（μｍ）程の前記オ
リフィス３０を備えたオリフィス板２９を形成する。こ
れを前記治具基板４７上から剥離させて前記マスク４８
を取外した後に厚さ０．１（μｍ）のＡｕメツキ（図示
せず）を行なって前記治具基板４７上に再度固着させる
。

そこで、第１９図（ｄ）に例示するように、前記オリフ
ィス板２９の上に未硬化の感光性ポリイミド４９を厚さ
１０（μｍ）に塗布し、第１９図（ｅ）に例示するよう
に、これを前述の圧力室層２７と同様に加工して前記オ
リフィス３０を中心とする前記インク供給路３４を形成
する。このようにして前記供給路層２８が一体的に形成
された前記オリフィス板２９を前記治具基板４７上から
取外して所定形状に切断することで、前記第二のプレー
ト４６が形成される。

そして、第１９図（ｆ）、（ｇ）に例示するように、上
述のようにして製作した第一第二のプレート４５．４６
の少なくとも一方の外周部４４等に接着材（図示せず）
を塗布し、前記オリフィス３０や前記発熱抵抗体３１の
軸心を一致させた状態で互いに圧着することでインクジ
ェットプリンタヘッド２５が製作される。

このような構成において、このインクジェットプリンタ
ヘッド２５は、各電極３９．４０に駆動回路（図示せず
）が接続されてインク補給孔３６に連通管等でインク槽
（共に図示せず）が連結され、第１４図に例示するよう
に、相対的に副走査移動する印刷用紙５ｏに対向配置さ
れる。そこで、このインクジェットプリンタヘッド２５
は、各電極３９．４０から電力が印加されて発熱抵抗体
３１が発熱すると、これに接触しているインク５１が蒸
発して気泡５２が発生する。この時、この気泡５２の発
生によるインク５１の圧力変化の伝播方向は、圧力室３
３に規制されてオリフィス３０に向かうことになる。そ
こで、このオリフィス３０からインク５１が吐出するタ
イミングに同期して電極３９．４０からの電力供給が停
止され、発熱抵抗体３１の温度が低下して気泡５２が収
縮する。

すると、この気泡５２の収縮によるインク５１の圧力変
化によってオリフィス３０から突出していたインク５１
の一部が切断され、これがインク滴５１ａとなって飛翔
する。そこで、発熱抵抗体３１を選択的に発熱駆動して
所定のオリフィス３０からインク滴５１ａを飛翔させる
ことで、相対的に副走査移動する印刷用紙５ｏの表面に
画像を形成することができる。なお、各圧力室３３には
、インク補給孔３６から順次補給されるインク５１がイ
ンク貯蔵室３５からインク供給路３４を経て供給される
ことになる。

そして、このインクジェットプリンタヘッド２５では、
インク供給路３４と圧力室３３との形状や発熱抵抗体３
１の位置がオリフィス３０の細心に対して対称になって
いるので、この部分での圧力変化の作用方向やりフィー
ル方向が対称であり、インク滴５１ａはオリフィス３０
の軸心方向に飛翔することになる。

しかも、このインクジェットプリンタヘッド２５では、
基板２６上の発熱抵抗体３１が隔壁３２で囲まれてオリ
フィス３ｏと対向しているので、発熱抵抗体３１の表面
で発生する圧力が側方などに流出することなくオリフィ
ス３０に伝達されることになり、装置の駆動効率が良好
で機器の省力化も実現できる。

発明が解決しようとする課題 上述したインクジェットプリンタヘッド２５では、各部
の配置がオリフィス３０の軸心に対して対称なのでイン
ク滴５１ａの吐出方向が曲がることがなく、しかも、発
熱抵抗体３１が隔壁３２で囲まれているので圧力の伝達
効率も良好である。

しかし、このように発熱抵抗体３１の表面で発生する気
泡５２の圧力をオリフィス３０に向けて偏向する隔壁３
２には、過大な応力が作用することになって破壊が生じ
る懸念がある。

このような課題を解決する方法としては、圧力室３３の
隔壁３２の壁厚を厚くすることが考えられるが、これで
は隔壁３２の上端面とオリフィス板２９の裏面との間隙
で形成されている狭いインク供給路３４の流路長が延長
されることになり、圧力室３３内へのインク５１の流入
が阻害されて。

装置の応答性などが低下する。

課題を解決するための手段 前面にオリフィスが位置してインク供給路が連通された
圧力室内に圧力発生手段を設ける構造で、少なくとも圧
力発生手段と圧力室を形成する隔壁とが形成された第一
のプレートと少なくともオリフィスが形成された第二の
プレートとを接合したインクジェットプリンタヘッドに
おいて、圧力発生手段を全周方向から囲んで第二のプレ
ートの裏面との間隙でインク供給路を形成する圧力室の
隔壁を壁厚が基部では厚く端部では薄い多層構造で形成
した。

作用 圧力発生手段を全周方向から囲む圧力室の隔壁を基部で
は厚く端部では薄い形状に形成したので、圧力発生手段
と同一平面上に位置する隔壁の基部は壁厚が厚いので、
圧力発生手段で発生する圧力によって隔壁に破壊が生じ
ることが防止され、しかも、この隔壁の端部は壁厚が薄
いので、インク供給路の流路長が短くなって圧力室内へ
のインクの流入が良好である。

実施例 本発明の実施例を第１図ないし第６図に基づいて説明す
る。まず、本実施例のインクジェットプリンタヘッド５
３では、第１図に例示するように、圧力室３３の隔壁５
４が二層構造で形成され、その壁厚は端部５５では薄く
基部５６では厚くなっている。ここで、これら隔壁５４
の部位５５，５６を形成する上部下部圧力室層５７．５
８は、各々感光性ポリイミドで５〜１５（μｍ）程度の
層厚に形成されており、第２図に例示するように、圧力
室３３は一辺７０（μｍ）程度の正方形に形成され、前
記基部５６の壁厚は１００（μｍ）程度で前記端部５５
の壁厚は３０（μｍ）程度となっている。なお、このイ
ンクジェットプリンタヘッド５３では、供給路層５９は
装置の外周部のみに感光性ポリイミドで層厚１０（μｍ
）程度に形成されている。また、この他の構造及び製造
方法は前述のインクジェットプリンタヘッド２５と同様
になっている。

このような構成において、このインクジェットプリンタ
ヘッド５３は前述のインクジェットプリンタヘッド２５
と同様に、発熱抵抗体３１の表面で発生する圧力を隔壁
５４でオリフィス３０に向けて偏向し、このオリフィス
３ｏから高効率にインク滴５１ａを突出する。

ここで、このインクジェットプリンタヘッド５３は、発
熱抵抗体３１と同一平面上に位置する圧力室３３の隔壁
５４の基部５６は壁厚が厚いので、発熱抵抗体３１の表
面で発生する圧力によって隔壁５５に破壊が生じること
が防止されている。

しかも、このインクジェットプリンタヘッド５３では、
隔壁５４の端部５５は壁厚が薄いので、隔壁５４の上端
面とオリフィス板２９の裏面との間隙で形成されている
インク供給路３４の流路長が短く、圧力室３３内へのイ
ンク５１の流入が良好である。

つまり、このインクジェットプリンタヘッド５３では、
圧力室３３の隔壁５４の壁厚を基部５６では厚く端部５
５では薄くしたので、気泡５２の圧力に対する強度確保
と圧力室３３へのインク５１の供給効率とを両立させる
ことができ、装置の耐久性向上や高性能化に寄与するこ
とができる。

なお、本実施例のインクジェットプリンタヘッド５３で
は、インク貯蔵室３５から圧力室３３に連通ずるインク
供給路３４を形成するために上部圧力室層５７上に供給
路層５９を形成したものを例示したが、本発明は上記構
造に限定されるものではなく、第４図に例示するように
、オリフィス６０の先端部が細く末端部が拡開したオリ
フィス板６１を形成して供給路層５９を省略したインク
ジェットプリンタヘッド６２なども実施可能である。こ
こで、このような形状のオリフィス６０を備えたオリフ
ィス板６１は、等方性エツチングで突出型を形成した治
具基板（図示せず）を利用することなどで簡易に形成で
きることは、本呂願人が平成２年５月１６日に特許出願
した「インクジェットプリンタヘッドの製作方法」に開
示されている。

さらに、本実施例のインクジェットプリンタヘッド５３
では、圧力室３３を形成する隔壁５４を個々に分割した
ものを例示したが、第５図及び第６図に例示するように
、隔壁６３の基部６４を各圧力室３３毎に分割しない一
層として形成したインクジェットプリンタヘッド６５な
ども実施可能である。この場合、基部６４を分割する工
程が省略されるので装置の生産性を向上させることがで
きる。

また、上述のインクジェットプリンタヘッド５３．６２
．６５では、圧力発生手段として発熱抵抗体３１を利用
するバブルジェット方式のものを例示したが、本発明は
上記方式に限定されるものでもなく、圧力発生手段とし
て電歪素子を利用したオンデマンド方式のものにも適用
可能である。

発明の効果 本発明は上述のように、前面にオリフィスが位置してイ
ンク供給路が連通された圧力室内に圧力発生手段を設け
る構造で、少なくとも圧力発生手段と圧力室を形成する
隔壁とが形成された第一のプレートと少なくともオリフ
ィスが形成された第二のプレートとを接合したインクジ
ェットプリンタヘッドにおいて、圧力発生手段を全周方
向から囲んで第二のプレートの裏面との間隙でインク供
給路を形成する圧力室の隔壁を壁厚が基部では厚く端部
では薄い多層構造で形成したことにより、圧力発生手段
と同一平面上に位置する隔壁の基部は壁厚が厚いので、
圧力発生手段で発生する圧力によって隔壁に破壊が生じ
ることが防止され、しかも、この隔壁の端部は壁厚が薄
いので、インク供給路の流路長が短くなって圧力室内へ
のインクの流入が良好であり、簡易な構造で耐久性や応
答性が良好なインクジェットプリンタヘッドを得ること
ができる等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す縦断側面図、第２図は要
部の平面図、第３図は各部を分解した平面図、第４図は
第一の変形例を示す縦断側面図、第５図は第二の変形例
を示す縦断側面図、第６図は各部を分解した平面図、第
７図は第一の従来例を示す正面図、第８図は縦断側面図
、第９図は第二の従来例を示す縦断側面図、第１Ｏ図は
分解斜視図、第１１図は第三の従来例を示す縦断側面図
、第１２図は第四の従来例を示す分解斜視図、第１３図
は第五の従来例を示す斜視図、第１４図は本呂願人が特
願平２−５８８８１号として出願したインクジェットプ
リンタヘッドの縦断側面図、第１５図は各部を分解した
平面図、第１６図は分解斜視図、第１７図は斜視図、第
１８図は要部の縦断側面図、第１９図は製作工程図であ
る。 ３０．６０・・・オリフィス、３１・・・圧力発生手段
、３３・・・圧力室、３４・・・インク供給路、５３，
６２゜６５・・・インクジェットプリンタヘッド、５４
゜３・・・隔壁、５５・・・端部、５６．６４・・・基
部東京電気株式会社 １．１５図 （ａ） （ｂ） １．１９ 図 、ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 前面にオリフィスが位置してインク供給路が連通された
   圧力室内に圧力発生手段を設ける構造で、少なくとも前
   記圧力発生手段と前記圧力室を形成する隔壁とが形成さ
   れた第一のプレートと少なくとも前記オリフィスが形成
   された第二のプレートとを接合したインクジェットプリ
   ンタヘッドにおいて、前記圧力発生手段を全周方向から
   囲んで前記第二のプレートの裏面との間隙で前記インク
   供給路を形成する圧力室の隔壁を壁厚が基部では厚く端
   部では薄い多層構造で形成したことを特徴とするインク
   ジェットプリンタヘッド。